衣藻增殖悬浮与沉降过程对水泥界面磷素动态的影响

光照对底泥中氮、磷动态变化的影响研究＊刘国1，2何娟1，2李兵1，2程香菊3裴昭君1，2许文来1，2(1．成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室成都610059;2．四川省环境保护地下水污染防治与资源安全重点实验室成都610059;3．华南理工大学广州510640)摘要采集大亚湾底泥，在室内模拟0 23W 不同光照条件，研究其对沉积物中氮、磷释放的影响，得出如下结论:光照主要是通过浮游植物和藻类的光合作用来影响上覆水pH 及其他物理化学性质，从而影响上覆水中氮、磷的赋存形态。

当水体中营养盐的浓度充足时，光照能够明显加强水体富营养化的程度。

关键词水体富营养化底泥氮磷光照水动力Study on the Influences of the Light on the Dynamics of N＆P in the SedimentLIU Guo 1，2HE Juan 1，2LI Bing 1，2CHENG Xiangju 3PEI Zhaojun 1，2XU Wenlai 1，2(1．Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection ，Chengdu University of Technology Chengdu 610059)AbstractIn this study ，the sediment samples in the Daya Bay are cultivated to study the influences of light on N ＆P release in the sediment in different light conditions ranged from 0 23W indoor．The following conclusions are drawn that light mainly affects pH and physicochemical properties through photosynthesis of floating plants and algae ，so as to affect the existence of N＆P．When it is full of nutrients in water body ，light can evidently strengthen water body eutrophication．Key Wordseutrophicationsedimentnitrogenphosphoruslighthydrodynamics引言氮、磷是引起水体富营养化的主要营养元素，以往的观点认为只要控制营养盐的外源性输入便能很好地抑制水体的富营养化，然而研究表明在营养盐的外源性输入得到有效控制的情况下，水体富营养化仍时有发生［1－2］。

浅谈水生植物对沉积物中各赋存形态磷的影响研究论文浅谈水生植物对沉积物中各赋存形态磷的影响研究论文沉积物中的磷是水体重要的内源污染物，其磷的释放对富营养化的影响不可忽视。

对于抑制磷释放的措施很多，其中水生植物以其高效、低耗、低投资及有利于修复水生态环境，吸收水体中磷营养物等特点，用于治理水体的富营养化，在国内外已得到广泛共识。

因此，研究沉积物中各赋存形态磷的释放规律、水生植物对沉积物中各赋存磷的影响是非常重要的。

1 沉积物中磷的赋存形态磷在沉积物中有多种赋存形态，由于不同研究领域的特点，沉积物中的磷形态有不同的分类方法，在国内外都不一样。

对于富营养化水体沉积物中磷的分类，针对现今研究热点，较多关注藻类可利用性磷。

伴随对沉积物中磷的研究逐步加深和提取方法的提高，目前，对各赋存形态磷的分析采用改良的Ruttenbery 法，磷分为交换态磷(Ex-P)、铝磷(Al-P)、铁磷(Fe-P)、闭蓄态磷(Oc-P)、自生钙磷(ACa-P)、碎屑磷(De-P)、有机磷(Or-P)。

其中交换态磷(Ex-P)、铝磷(Al-P)和铁磷(Fe-P)属于不稳态磷(labile phosphorus，LP)，这种磷在氧化还原等沉积物环境因素变化时，会变成可溶性磷并迁移至间隙水，成为容易被生物利用的无机磷，它们都是导致藻类爆发的重要磷营养物质;而闭蓄态磷(Oc-P)、自生钙磷(ACa-P)、碎屑磷(De-P)、有机磷(Or-P)相对前三种磷形态要难被分解，对间隙水和上覆水的影响较小。

研究表明，大多数湖泊沉积物中不稳态磷占赋存形态磷总量的10 %左右，该种形态磷占有的比例是比较小的，但在富营养化湖泊中，沉积物中所有不稳态磷的量占全磷比例可达到35 %以上。

2 磷在沉积物-水界面的迁移转化及其影响因素2.1 磷在沉积物—水界面的迁移转化泥水界面是上覆水和沉积物之间至关重要的物质交换区，各形态磷在泥水界面的交换过程是水体生态系统物质循环中必不可少的部分。

ＥｆｆｅｃｔｏｆＳｕｓｐｅｎｄｅｄＳａｎｄＰａｒｔｉｃｌｅｓｏｎＧｒｏｗｔｈｏｆＡｌｇａｅｉｎＡｑｕａｔｉｃＳｙｓｔｅｍＧＯＮＧＬｉｎｇ１，ＺＨＯＮＧＣｈｅｎｇ－ｈｕａ２，ＤＥＮＧＣｈｕｎ－ｇｕａｎｇ２（１．ＴｈｅＣｈｅｍｉｓｔｒｙＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆｔｈｅＳｏｕｔｈｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４００７１５，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＡｃａｄｅｍｙｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００２０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔｈａｓｂｅｅｎｋｎｏｗｎｔｈａｔａｌｇａｅｎｅｅｄｓｏｍｅｓｕｎｌｉｇｈｔｆｏｒｔｈｅｉｒｇｒｏｗｔｈ．Ｂｅｃａｕｓｅｔｈｅｒｅａｒｅｌｏｔｓｏｆｓａｎｄｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｎａｑｕａｔｉｃｓｙｓｔｅｍｓｕｂ－ｊｅｃｔｅｄｐｏｌｌｕｔｉｏｎ，ｔｈｅｙｍｕｓｔｒｅｓｔｒａｉｎｔｈｅｌｉｇｈｔｉｎｔｅｎｓｉｔｙｉｎｗａｔｅｒ，ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅｙｗｉｌｌａｆｆｅｃｔｔｈｅｇｒｏｗｔｈｏｆａｌｇａｅ．Ｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｗｅｒｅｂｒｏｕｇｈｔｆｒｏｍｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓａｎｄｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｓｏｆｔｈｅｓａｎｄ，ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓ．Ｉｔｓｕｇｇｅｓｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｌｇａｅｕｎｄｅｒｐｒｏｐｅｒｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｓａｎｄｂｅｌａｒｇｅｒｔｈａｎｔｈａｔｗｉｔｈｏｕｔｓａｎｄ，ａｎｄｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｏｆ１００ｗａｓｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔｔｏｒｅｓｔｒａｉｎｔｈｅｓｕｎｌｉｇｈｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｕｎｌｉｇｈｔｉｎｔｅｎｓｉｔｙ；ｓａｎｄ，ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ；ｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅ；ｇｒｏｗｔｈｏｆａｌｇａｅ收稿日期：２００６－０４－０４基金项目：国务院三峡工程建设委员会三峡工程生态与环境监测系统（ＳＸ２００１－００５）作者简介：龚玲（１９８２—），女，西南大学化学化工学院硕士研究生，主要研究方向为水体富营养化研究。

藻类及其分泌物对混凝过程的影响研究罗晓鸿　周　荣　王占生(清华大学环境工程系,北京　100084)周晓燕　江迎春　王营花　王　衡(绍兴市自来水公司,浙江绍兴　312001)摘要　采用纯藻进行烧杯混凝试验,考察了试验藻种及其分泌物对混凝过程的影响.试验发现:藻类对混凝过程的影响与藻的种类、生长阶段及藻浓度有关;一般说来,藻类在浓度较低时,对混凝过程有不同程度的促进作用,而在高浓度时,对混凝过程有不同程度的干扰.增加混凝剂投加量、调节p H 、预加氯可以减弱藻类及其分泌物对混凝过程的影响.关键词　藻类;分泌物;混凝.1　引言藻类大量繁殖是水体富营养化的一个重要特征.富营养化水源给常规净水工艺造成的主要影响是藻类及其胞外分泌物干扰混凝过程,使沉淀效果不理想,进而堵塞或穿透滤池.然而,有关这种影响的研究还不多,人们对究竟多大数量的藻类会对混凝产生不利影响尚无明确认识.德国的Bernhardt H.及其同事曾研究过藻类胞外分泌物(EOM )对无机颗粒混凝过程产生的影响[1—4],他们在试验中采用不含藻类细胞的藻类有机物提取液,用纯水及石英粉或高岭土配制试验水样.自然水体中不只含有无机颗粒,纷繁复杂的有机物已成为目前给水处理领域主要的研究对象.对于有机物含量较高的水源水的处理,混凝剂的最佳投加量不再由无机颗粒产生的浊度控制,而是由有机物控制[5].藻类及其分泌物对于这种受有机污染的水的混凝有何影响尚未见报道.本文研究目的是考察藻类及其分泌物对实际水体的混凝产生的影响.考虑到水体中藻类细胞与其分泌物的关联性,试验采用藻类培养液进行,不滤除藻类细胞.主要研究内容有两个:(1)研究藻类及其分泌物对混凝过程的影响,确定对混凝过程产生干扰作用的藻类浓度范围;(2)考察几种技术措施能否减弱藻类及其分泌物对混凝过程的影响.2　试验材料与方法211　水样的制备为了接近实际水源状况,采用湖水(某中等程度富营养化湖水)过滤除藻的办法制备试验水样.制备过程如下:湖水→0145μm 滤膜过滤→投加高岭土使浊度为10N TU →投加纯培养藻.试验水样的溶解性有机物的种类及含量与湖水基本相同,而湖水中的藻类和颗粒态有机物被滤除.试验水样的主要水质参数见表1.212　藻类的培养第18卷第3期1998年5月环　境　科　学　学　报ACTA SCIEN TIA E CIRCUMSTAN TIA E Vol.18,No.3May ,1998表1　试验水样的主要水质指标Table 1　Major water quality index of the water sample 水质项目水质项目COD Mn 511mg/L 色度11度UV2540.193(1cm )总硬度(以C aCO 3计)9718mg/L 浊度10N TU 总Fe 0106mg/L 为防止不同藻种之间的干扰,采用纯培养藻类进行试验.试验中使用3种藻类:硅藻门中的菱形藻(N itzschia hantzschiana )、绿藻门中的小球藻(Chlorella v ulgari )及月牙藻(Sele 2nast rum capricornut um ).这3种藻均是湖中不同季节有代表性的优势藻或经常出现的藻类.菱形藻在HB 2D1培养基中培养,小球藻和月牙藻在绿藻培养基SE 中培养(培养基成分见表2及表3).测定3种藻的生长曲线(图1),当藻类浓度达到5×105个/mL —5×106个/mL 时,分别取不同生长期(对数生长期、稳定生长期及衰亡期)的藻类培养液0、011、015、1、10、50mL ,加入到装有1L 自配水样的烧杯中进行混凝试验.表2　硅藻培养基HB 2D1组成成分Table 2　Components of culturemedium H B 2D1for diatom成分浓度,mg/L 成分浓度,mg/L NaNO 3120Na 2SiO 3100MgSO 4・7H 2O70柠檬酸铁5K 2HPO 440土壤浸出液20mL/L KH 2PO 480MnSO 42CaCl 220NaCl 20表3　绿藻SE 培养基组成成分Table 3　Components of culture medium SE for green algae 成分浓度,mg/L 成分浓度,mg/L NaNO 3250KH 2PO 4175CaCl 225NaCl 25MgSO 4・7H 2O 75土壤浸出液40mL K 2HPO 475EDTA 2Na 1mL 1%FeCl 3溶液(用1mL 滴管加入1滴)图1　菱形藻、小球藻、月牙藻在培养基中的生长曲线Fig.1　Growth curve of Nitzschia hantzchiana ,Chlorellav ulgari and Selenast rum capricornutum213　试验方法采用混凝烧杯实验研究藻类及其分泌物对混凝过程的影响.试验在DBJ 2621型六联定时变速搅拌机上进行.试验条件如下:快速搅拌转速150r/min ,时间1min ;慢速搅拌转速40r/min ,时间20min ;沉淀时间015h ,混凝剂为精制硫酸铝.9133期罗晓鸿等:藻类及其分泌物对混凝过程的影响研究采用浊度和剩余铝的含量两个指标衡量混凝效果.沉淀后的上清液浊度越高,混凝效果越差;同样,上清液中铝浓度高,说明随絮体沉淀而去除的铝少,混凝效果不好,反之,铝浓度低,说明混凝效果好.浊度采用G DS 23型光电式浊度仪测定;铝浓度采用原子吸收法测定.3　试验结果与分析311　不同生长期的藻类混凝试验结果按上述试验方法进行不同藻种在不同生长期时对混凝的影响试验,并重复多次.3种藻混凝试验结果见图2—图4,混凝剂精制硫酸铝的投加量为30mg/L.图2　月牙藻不同生长阶段的混凝试验结果Fig.2　Coagulation results of Selenast rum capricornutum invarious growthphases图3　小球藻不同生长阶段混凝试验结果Fig.3　Coagulation results of Chlorella v ulgari in various growth phases312　试验结果分析从图2—图4可以看到,混凝试验上清液的浊度与残余铝含量的变化较为相似,从这两个指标的变化可以对不同藻种在不同生长阶段对混凝的影响有一个基本了解.图2为月牙藻不同生长阶段的混凝试验结果.可以看到:处于对数生长期的月牙藻对混凝起抑制作用,但在低浓度时,这种抑制作用并不很明显.而处于稳定生长期和衰亡期的月牙藻,在一定的浓度范围内(小于107个/L ),对混凝过程的促进作用较为明显(在藻浓度约为106个/L 时,混凝效果最佳);但当藻浓度超过约107个/L 时,混凝过程受到严重干扰,出水水质迅速恶化.这就是说,当藻浓度较大时(大于约107个/L ),各个生长阶段的月牙藻对混凝过023环 境 科 学 学 报18卷程均有干扰作用,致使出水水质恶化.图3为小球藻的混凝试验结果.可以看到,小球藻对混凝的影响与月牙藻的试验结果相似:在对数生长期的全部浓度范围内,均表现出干扰作用.在稳定生长期和衰亡期,当浓度较低(低于约8×106个/L )时,对混凝过程起促进作用,有利于改善出水水质;而当浓度较高(高于约8×106个/L )时,干扰混凝过程,出水水质变差.图4为菱形藻不同生长阶段的混凝试验结果.从图中可以看出,菱形藻在对数生长期对混凝的影响与月牙藻和小球藻有所不同:在对数生长期的低浓度范围(小于约3×106个/L ),对混凝表现出明显的促进作用(月牙藻和小球藻无此现象);在高浓度时,表现出干扰作用.稳定生长期与衰亡期的菱形藻对混凝的影响与月牙藻和小球藻相似;当藻浓度较低(低于约107个/L )时,对混凝起促进作用;藻浓度较高时,起干扰作用.此外,从各图的对比可以看到,菱形藻的促凝作用比月牙藻和小球藻明显.当菱形藻浓度约为3×106个/L 时,促凝作用最为显著,此时无论是出水浑浊度还是水中残余铝的含量都为最小值,混凝效果最好.图4　菱形藻不同生长阶段混凝试验结果Fig.4　Coagulation results of Nitzschia hantzschiana in various growth phases另外,从实验过程中观察到:当藻浓度在约5×105—5×106个/L 之间时,絮体形成最早,且絮片较多、较大,沉降速度最快;而当藻浓度低于此区间时,絮体数量较少(未加藻的空白水样的絮片数量最少);当藻浓度高于此区间时,絮体形成较慢,虽然数量很多,但絮片很小,不易沉降.这同样说明,在适宜的浓度下,藻类能促进混凝过程,而当藻浓度过高时,则会干扰正常的混凝过程.从以上试验结果可以得出如下结论:藻类对混凝过程的影响与藻的种类、生长阶段及藻浓度有关.本试验条件下,两种绿藻(小球藻和月牙藻)在对数生长期对混凝无显著影响;处于稳定生长期和衰亡期时,低浓度促进混凝,高浓度对混凝过程产生明显干扰.硅藻(菱形藻)处在各个生长期时,低浓度时均促进混凝,高浓度时干扰混凝.总的说来,各种藻在浓度大于8×106—107个/L 时,对混凝过程产生干扰;浓度约106个/L 时促凝效果最好.考虑到烧杯试验与生产工艺的差别纯藻与实际水体中藻种繁多的差别以及检测误差,对试验结果给予一定的安全系数,作者认为:在净水厂运行管理过程中,如果水源水中藻类浓度低于5×106—8×106个/L ,可以不予理会;而当其浓度超过此范围时,则要考虑采取必要的预处理措施,以减缓藻类可能给水厂运行带来的不利影响.1233期罗晓鸿等:藻类及其分泌物对混凝过程的影响研究4　防治藻类及其分泌物干扰混凝过程的技术措施针对水处理过程中常用的几种改善混凝效果的技术措施,我们进行了一些烧杯试验,以考察这些措施能否削减藻类及其分泌物对混凝过程的干扰.主要进行了以下试验:(1)增加混凝剂投加量,以克服藻类细胞及其分泌物对混凝剂水解产物的竞争吸附,保证有足够的铝盐水解产物对胶粒进行吸附絮凝及沉淀絮凝.(2)调节混凝时的p H ,使混凝在弱酸性环境进行.以增强混凝剂的中和能力,减少藻类细胞及其分泌物的负电荷所带来的影响.(3)预加氯,以改变藻类分泌物的形态结构,减少其对混凝过程的干扰.411　增加混凝剂投加量为考察增加混凝剂投加量对藻类及其分泌物干扰混凝过程的改善作用,我们对月牙藻、小球藻和菱形藻分别进行了不同混凝剂投加量的混凝试验.混凝剂仍为精制硫酸铝,藻类处于稳定生长前期.试验结果见图5(为节省篇幅,只给出小球藻的试验结果,其他两种藻的试验结果类似).从图5可以看到,不同的混凝剂投加量得到不同的处理效果.对于较低的混凝剂投加量,小球藻没有表现出促凝作用.低浓度的藻类即对混凝过程造成干扰,出水浊度及铝的含量随藻类浓度的提高而迅速增加,因此低的混凝剂投加量不适合藻类浓度高的水源水的处理.而增加混凝剂投加量则有助于减缓藻类对混凝过程的干扰,使高藻类浓度下的出水水质改善.可见,增加混凝剂投加量是防治藻类及其分泌物干扰混凝过程的一个可行措施.事实上,在以铝盐或铁盐作为混凝剂处理含藻水的工程实践中,有许多经验证实增加混凝剂的用量可以在一定程度上改善出水水质.图5　不同混凝剂投加量下小球藻的混凝试验结果Fig.5　Coagulation results of Chlorella v ulgari at various coagulant dosages412　调节p H 值改变水的p H ,一方面可以影响水中各种微粒(胶粒、藻类细胞、混凝剂的各种水解产物等)的带电情况,另一方面可以改变水中有机物的形态.这两方面的结果都将对混凝效果产生影响.因而通过调节水的p H 值来减缓藻类对混凝过程的干扰是一条值得探讨的途径.图6和图7为菱形藻和小球藻在不同p H 下的混凝试验结果.从图6和图7可以看到,两种藻的混凝效果均在p H 为610左右时达到最佳.这意味着将p H 调至610可以在一定程度上防治藻类及其分泌物对混凝过程带来的干扰.出现这一试验结223环 境 科 学 学 报18卷果有两方面的原因:第一,铝盐混凝剂的等电点一般在p H 6.5左右,p H 为610时,铝盐的水解产物所带正电荷增多,电中和能力加强,有利于吸附絮凝的进行;第二,在微酸性范围内,藻类分泌物所带的—COOH 不易失去质子而显示出电荷中性,分子发生收缩.与羧基离解了的藻类分泌物相比,这种收缩了的分子不易增加水中胶粒的稳定性,在一定程度上削弱了藻类分泌物对混凝的干扰.图6　3种pH 下菱形藻的混凝试验结果Fig.6　Coagulation results of Nitzschiahantzschiana at various p H 图7　3种pH 下小球藻的混凝试验结果Fig.7　Coagulation results of Chlorella v ulgari at various p H413　预氯化以氯作助凝剂在水处理实践中已有很多应用.氯作为一种氧化剂可以改变有机物的大小、结构,继而影响有机物在混凝中的行为.我们对各种藻进行了有无氯化的对比试验,所用藻类处于稳定生长期.试验结果见图8及图9.从图可以看到,预氯化后混凝出水浊度低于无预氯化的出水浊度,并且藻类浓度越高,预氯化的影响越大.预氯量不同,混凝效果也不同.预氯量加大,出水浊度降低,但当加氯量提高到一定程度后,加氯量的提高对出水浊度的影响减小.对月牙藻和小球藻来说,当加氯量高于2mg/L 时,混凝效果趋于稳定.而对菱形藻,加氯量提高至5mg/L ,对混凝效果仍有改善.这是因为菱形藻的胞外分泌物比小球藻和月牙藻多,且其胞外分泌物中大分子有机物的比例较高.图8　有无预加氯的混凝试验结果Fig.8　Coagulation results withand withoutprechlorination 图9　不同加氯量的混凝试验结果Fig.9　Coagulation results at various chlorine dosage可见,对藻类含量较高的水源水,采用预氯化可以减轻藻类及其胞外分泌物对混凝的干扰.然而,预加氯也带来一些问题,主要是生成有机氯化物,这些物质中有很多三致物质.另外,3233期罗晓鸿等:藻类及其分泌物对混凝过程的影响研究423环 境 科 学 学 报18卷有报道[6]说预氯化使水中亲水中性有机物增加,这部分有机物不易在后续工艺中去除.可以说,尽管预氯化在处理受污染水源水时有助于水厂运行,但它可能对溶解性有机物的去除产生副作用.因而对预氯化的使用应采取慎重态度,在不得不使用时,尽量降低其用量,以保证饮水的安全性.5　结论1.藻类对混凝过程的影响与藻的种类、生长阶段及藻浓度有关.本试验条件下,两种绿藻(小球藻和月牙藻)在对数生长期对混凝无显著影响;处于稳定生长期和衰亡期时,低浓度促进混凝,高浓度对混凝过程产生明显干扰.硅藻(菱形藻)处在各个生长期时,低浓度时均促进混凝,高浓度时干扰混凝.总的说来,各种藻在浓度大于8×106—107个/L时,对混凝过程产生干扰;浓度约106个/L时促凝效果最好.2.藻类及其分泌物对混凝过程的干扰可以采用一些技术措施得到削减,如:增加混凝剂用量;调节p H使混凝在微酸性环境中进行;预氯化使藻类有机物改性.生产实践中可根据实际情况选用合适的措施.参考文献1　Oluf Hoyer,Bernhard Lusse et al.Isolation and characterization of extracellular organic matter(EOM)from algae.Z Wasser2 Abwasser2Forsch,1985,18:76—902　Heinz Bermhardt,Oluf Hoyer et al.Reaction mechanisms involved in the influence of algogenic organic matter on flocculation Z Wasser2Abwasser2Forsch,1985,18:18—303　Bernhardt H,Clasen J.Flocculation of micro2organisms.J Water SRT2Aqua,1991,40(2):76—874　Shoichi Kunikane et al.Flocculation and filtration of the green algae Chorella sp.and Dictyosphaeri um sp.under selected conditions.Z Wasser2Abwasser2Forsch,1986,19:145—1515　Edzwald J K.Coagulation in Drinking water treatment:anics and coagulants,Wat Sci Tech,1993,27(11): 21—356　Husan2Hsien Yeh,Winn2J ung Huang.The fate of dissolved organics in water purification processes treating polluted raw wa2 ter.Wat Sci Tech,1993,27(11):71—80INFL UENCE OF AL G AE AN D THEIR EOM ON COAGU LATION PROCESSLuo X iaohong,Zhou Rong,Wang Zhansheng(Department of Environmental Engineering,Tsinghua University,Beijing100084)Zhou X iaoyan,Jiang Y ingchun,Wang Y inghua,Wangheng(Water Supply Company of Shaoxing City,Zhejiang Province,Shaoxing312001)ABSTRACT　Influences of algae and their EOM on coagulation were studied by jar tests.The primary conclusions are:the influences of algae and their EOM on coagulation process vary with the algae’s genus, growing phases and concentrations.G enerally,algae enhances the process at low concentration and dis2 turbs the process at high concentration.Adding more coagulant,adjusting p H and prechlorination can weaken the disturbance of algae and their EOM on coagulation process.K eyw ords　algae,EOM,coagulation.1996208207收到原稿1997202219收到修改稿。

密级：JINGGANGSHAN UNIVERSITY本科毕业论文题目挹翠湖底泥中磷形态的调查研究学院生命科学学院专业环境科学班级10环境（本1）学号100813003姓名李敬玲指导教师尹丽起讫时间2012.6.20——2014.5.14教务处印制摘要水体富营养化是当今世界面临的一个严重环境问题。

造成富营养化的限制因子主要是N和P，尤其是P。

对于大多数外源磷得到控制的水体来说，底泥磷的释放对长期维持藻类生长，促进湖泊富营养化的发展具有举足轻重的作用。

湖泊的环保治理必将从有机污染控制转向富营养化污染的控制与治理。

而底泥作为河流、湖泊的组成部分，是营养物质氮磷的重要蓄积库，在一定条件下，内源氮磷负荷可释放到水体中，加剧富营养化程度或者延缓水体功能的恢复。

沉积物的磷形态、理化性质与磷形态之间相关性能进一步揭示沉积物一水界面磷行为机理，并为我国富营养化浅水湖泊的治理与管理提供指导和理论依据。

本试验通过对挹翠湖2012年7月份至2013年5月份底泥的基本状况进行调查，并对底泥中磷形态进行分析测定。

结果表明，挹翠湖底泥中的磷以Fe-P和O-P形态为主。

关键词：挹翠湖；底泥；磷形态。

AbstractEutrophication of surface waters is a serious problem in many parts of the world. Internal load of nitrogen and phosphorus especially P play a major role in eutrophication. Phosphorus release in sediment is very important to support algae during eutrophication. Eutrophication control will take the place of organic pollutant removal to become the most important way of the Lake treatment. As a substaintial component of river and lake, the sediments are important storeroom of N and P. Under certain conditions, the internal Phosphorus can be released into water which can deteriorate the eutrophication or hamper the restoration process. Furthermore, the studies on phosphorus action in the interface of sediment-water is one of the key elements which helps find the mechanism of eutrophication. Among these, the studies on phosphorus forms are crucial aspects that can further reveal the mechanism of phosphorus action in the interface of sediment-water and supply direction and theoretical grounds to treatment and management of eutrophic shallow lakes in our country.To survey the basic situation of Yicui Lake in 2012 July to 2013 May. The results show that phosphorus of sedimen of Yicui Lake mainly Fe-P and O-Pform of existence.Key word：Yicui Lake；sediment ；fractiongs of phosphorus.目录摘要 (i)Abstract (ii)1. 引言 (1)1.1研究背景 (1)1.2挹翠湖概况 (1)2.底泥中的磷 (2)2.1磷 (2)2.2底泥的概念 (2)2.3底泥中磷的形态及其来源 (2)2.4底泥与水体水质的关系 (4)3. 实验与结果 (5)3.1实验 (5)3.1.1仪器设备 (5)3.1.2采样与预处理 (5)3.1.3分析方法 (5)3.1.4主要试剂及其配制方法 (6)3.1.5试验方法 (7)3.2结果与分析 (9)3.2.1 底泥基本性质 (9)3.2.2 底泥磷形态分析 (11)4结论 (12)参考文献 (13)致谢 (15)1.引言1.1研究背景据国家环保总局2012年6月发布的《中国环境公报》，2011年，中国湖泊（水库）富营养化问题仍突出。

藻华聚积及污水入流对太湖上下层水体营养盐含量的影响孙飞飞;尹桂平;范成新;崔广柏【摘要】通过采集太湖水体鲜藻和入湖区混合常见污水,应用再悬浮发生装置,室内模拟有底泥参与的不同藻类聚积和不同CODCr含量污水进入条件下,太湖西北竺山湖区水质上下层水体中SS,NH3-N及PO3-4质量浓度的变化过程.分析结果表明:在7 d的常见风浪模拟环境中,无论加入藻类还是加入污水,太湖上下层水体中SS质量浓度均呈下降趋势,表明颗粒物有向水底沉降的可能;水体中的NH3-N和PO3-4质量浓度并未因藻量增加而上升,反映出鲜藻此时对水体中的N和P呈吸收作用;污水添加量的增大则使试验水柱中NH3-N和PO3-4质量浓度上升,并大致随时间的增加呈逐步上升的趋势.【期刊名称】《水利水电科技进展》【年(卷),期】2010(030)005【总页数】5页(P24-28)【关键词】藻类聚积;污水输入;营养盐变化;动力模拟;太湖【作者】孙飞飞;尹桂平;范成新;崔广柏【作者单位】河海大学水文水资源学院,江苏,南京,210098;中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室,江苏,南京,210008;河海大学水文水资源学院,江苏,南京,210098;中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室,江苏,南京,210008;中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室,江苏,南京,210008;河海大学水文水资源学院,江苏,南京,210098【正文语种】中文【中图分类】X5242007年8月31日和2008年1月11日美国《Science》杂志刊登了2篇关于太湖黑水团现象的文章[1-2]。

前篇称,当年夏季太湖蓝藻暴发导致了水质的巨变;后篇则认为此次水质巨变是“一起复杂的由生物引起的化学事件,和此前发生过的多次太湖蓝藻水华的暴发并无关联。

”针对此,笔者提出了2种对黑水团发生原因的解释,一种是太湖蓝藻,另一种是化学事件,并试着从这两个角度来进行探索。

DOI :CNKI :32-1309/P.20110115.2242.010波浪扰动对太湖底泥磷释放影响模拟丁艳青1，3，朱广伟1，秦伯强1，王永平1，3，吴挺峰1，申霞2，洪大林2(1.中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室，江苏南京210008; 2.南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏南京210029; 3.中国科学院研究生院，北京100039)摘要:为揭示波浪扰动对湖泊底泥磷释放的影响，在波浪水槽中模拟了不同波高情况下扰动对水体、水土界面、底泥间隙水的磷、溶解氧等的影响。

结果显示，在大波扰动下，沉积物大量悬浮，水体总磷随之增加，溶解性磷增加却不显著;波浪扰动显著增加了水体和沉积物界面的溶解氧浓度，并增加了溶解氧在沉积物的侵蚀深度;波浪扰动降低了沉积物表层10cm 内间隙水中的磷浓度，而10cm 以下沉积物中间隙水中磷浓度基本保持不变。

研究表明，波浪扰动可迅速增加水体中颗粒态的营养盐，但是对于溶解态营养盐，尤其是水体中活性磷浓度的影响，则受沉积物性质、水-沉积物间隙水磷浓度差，以及水-沉积物中氧含量等多方面因素的影响。

关键词:浅水湖泊;波浪扰动;波浪水槽;磷释放;沉积物;反应活性磷;溶解氧中图分类号:P343.3文献标志码:A 文章编号:1001-6791(2011)02-0273-06收稿日期:2010-03-25;网络出版时间:2011-01-15网络出版地址:http :// /kcms /detail /32.1309.P.20110115.2242.010.html基金项目:国家自然科学基金资助项目(40730529);江苏省自然科学基金太湖专项资助项目(BK2007733)作者简介:丁艳青(1983－)，女，山东巨野人，博士研究生，主要从事湖泊水动力环境研究。

E-mail :yqding7@通信作者:秦伯强，E-mail :qinbq@ 浅水湖泊具有单位体积水体拥有较大水土界面面积的特点，容易受到风浪扰动而频繁发生再悬浮。

生态与农村环境学报2015，31（3）：366－371Journal of Ecology and Rural Environment铜绿微囊藻水华对水泥界面磷素动态影响的模拟朱咏莉1，吴清1，徐莎1，吴丽云2，韩建刚1（1.南京林业大学江苏省南方现代林业协同创新中心，江苏南京210037；2.江苏大学农业工程研究院，江苏镇江212013）摘要：采集太湖梅梁湾水样和底泥样，添加铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa ），模拟水华发生全过程，以揭示藻群动态对水－泥界面磷素变化的影响。

培养期间（238d ），铜绿微囊藻一直处于“增殖－悬浮”交替状态。

藻体增殖引起上覆水pH 值平均升高11% 14%。

藻体第1次大量增殖后，水中总磷（TP ）含量降低90%以上，底泥有机磷（Or-P ）含量明显增加。

增殖-悬浮交替过程中，水溶性磷（WP ）在TP 中的比例从初始的93%降至11%。

相比较而言，Or-P 含量表现为降低和升高交替变化。

水泥两相WP 含量在藻体首次增殖后迅速降低，但此后平均回升2.7倍（水中）和1.7倍（底泥）。

底泥碱性磷酸酶活性与Or-P 含量之间呈显著负相关（P ＜0.05），与WP 呈极显著正相关（P ＜0.01）。

可以认为，铜绿微囊藻水华过程中，部分藻体迅速衰败分解后释放数量可观的WP ，这在一定程度上维持了藻群增殖－悬浮反复和交替发生。

关键词：铜绿微囊藻；磷；碱性磷酸酶中图分类号：X52文献标志码：A文章编号：1673－4831（2015）03－0366－06DOI ：10．11934/j．issn．1673－4831．2015．03．015Effects of Microcystis aeruginosa Bloom on Dynamics of Phosphorus at Interface of Water and Sediments ：A Sim-ulation Study．ZHU Yong-li 1，WU Qing 1，XU Sha 1，WU Li-yun 2，HAN Jian-gang 1（1.Collaborative Innovation Center of Sustainable Forestry in Southern China of Jiangsu Province ，Nanjing Forestry University ，Nanjing 210037，China ；2.Institute of Agricultural Engineering ，Jiangsu University ，Zhenjiang 212013，China ）Abstract ：Water and sediment were sampled from the Meiliang Bay of the Taihu Lake ，China ，to build up a simulated sediment-water system with Microcystis aeruginosa added for simulation of the occurrence of Microcystis aeruginosa bloom ，with a view to defining how and to what extent alga bloom contributes to variation of phosphorus in the sediment-water in-terface．Microcystis aeruginosa in the water column always stayed in a state of alternation of proliferation and suspension during the incubation period （238days ）．Proliferation of the algae increased pH in the overlying water by 11%－14%．After the first boom of proliferation of the algae ，TP in the water decreased by over 90%，while organic P （Or-P ）in the sediment increased substantially．The proportion of water-soluble P （WP ）in TP decreased from the initial 93%to 11%during the period of alternation of proliferation and suspension ，while the content of Or-P alternated decreasing and in-creasing during the period．WP contents in both the water and the sediment dropped rapidly to a very low level during the first boom of proliferation of the algae ，but afterwards ，the content bounced back on average by 2.7times in the water and 1.7times in the sediments．In the sediment ，activity of alkaline phosphatase was negatively correlated with Or-P content （P ＜0.05）and positively correlated with WP content （P ＜0.01）．Hence ，it is believed that quite a portion of alga cells rapidly decayed and decomposed during the bloom releasing a considerable amount of WP ，which to a certain extent sus-tained the population of Microcystis aeruginosa in alternation of proliferation and suspension．Key words ：Microcystis aeruginosa ；phosphorus ；alkaline phosphatase收稿日期：2014－09－22基金项目：国家自然科学基金（40901112）；江苏高校优势学科建设工程资助项目（PAPD ）；南京林业大学引进高层次人才和高层次留学回国人员科研基金（YJ 2012－08）水体磷浓度及有效性变化是水华暴发的重要诱因。

第32卷第2期2011年2月环境科学ENVIRONMENTAL SCIENCEVol.32，No.2Feb.，2011太湖蓝藻水华衰亡对沉积物氮、磷释放的影响朱梦圆1，2，朱广伟1*，王永平1，2（1.中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室，南京210008；2.中国科学院研究生院，北京100049）摘要：在太湖草型区、藻型区及河口区采集原状泥柱进行加藻培养实验，监测培养过程中溶解氧（DO ）、总氮（TN ）、总磷（TP ）、氨氮（NH +4-N ）、磷酸根（PO 3－4-P ）等相关指标的变化.结果表明，蔽光培养导致加藻体系中蓝藻大量死亡，形成水体极度缺氧环境（DO 接近0），沉积物氮、磷释放量改变，上覆水NH +4-N 、PO 3－4-P 浓度大幅上升；与未加藻的培养体系相比，水华衰亡分解在草型区、藻型区、河口区引起的沉积物TN 平均释放改变量分别为－0.1、31.1、9.5mg ·（m 2·d ）－1，TP 平均释放改变量分别为－3.01、0.75、2.46mg·（m 2·d ）－1，上覆水NH +4-N 浓度增加分别为3.62、5.10、6.57mg /L ，PO 3－4-P 浓度增加分别为53、219、418μg /L.沉积物氮、磷的释放改变量因湖区而异，藻型区及河口区释放量有较大的增长，草型区释放量则明显偏低.水相营养盐的增量与缺氧程度及蓝藻水华堆积的持续时间明显相关.研究表明，大型浅水湖泊中水华堆积衰亡引起沉积物营养盐的释放量增加可能是蓝藻水华状态自维持的机制之一.关键词：太湖；蓝藻水华；沉积物；氮；磷；内源释放中图分类号：X131.2文献标识码：A文章编号：0250-3301（2011）02-0409-07收稿日期：2010-02-10；修订日期：2010-04-24基金项目：国家重点基础研究发展规划（973）项目（2008CB418103）；国家自然科学基金重点项目（40730529）；国家水体污染控制与治理科技重大专项（2009ZX07101-013）作者简介：朱梦圆（1987 ），女，硕士研究生，主要研究方向为湖泊富营养化过程与机制，E-mail ：amyzmy1028@ *通讯联系人，E-mail ：gwzhu@Influence of Scum of Algal Bloom on the Release of N and P from Sediments ofLake TaihuZHU Meng-yuan 1，2，ZHU Guang-wei 1，WANG Yong-ping 1，2（1.State Key Laboratory of Lake Science and Environment ，Nanjing Institute of Geography and Limnology ，Chinese Academy of Sciences ，Nanjing 210008，China ；2.Graduate University of Chinese Academy of Sciences ，Beijing 100049，China ）Abstract ：Sediment cores were sampled in macrophyte dominated zone ，phytoplankton dominated zone and river mouth in Lake Taihu and incubated with one half of them added algae in laboratory in August to reveal the influence of algal accumulation on the release of nitrogen and phosphorus in sediments.Concentrations of dissolved oxygen （DO ），total nitrogen （TN ），total phosphorus （TP ），ammonium ，phosphate and other parameters were determined during cultivation of the sediment cores in dark.There were differences in release of TN and TP in sediments and significant variations in changes of DO ，ammonium ，phosphate in overlying water after adding algae.When DO declined to nearly zero ，the changes of release of TN ，TP in sediments differed from different ecological types of Lake Taihu with minus numbers of －0.1，－3.01mg ·（m 2·d ）－1in macrophyte dominated zone ，larger numbers of 31.1，0.75mg ·（m 2·d ）－1in phytoplankton dominated zone and 9.5，2.46mg ·（m 2·d ）－1in river mouth.The concentrations of ammonium in overlying water increased 3.62，5.10，6.57mg /L and phosphate increased 53，219，418μg /L in macrophyte dominated zone ，phytoplankton dominated zone ，river mouth ，respectively.The changes of nutrients have good correlations with the decrease of DO and duration.The release of nutrients from sediments caused by accumulation and decay of algae may be the way that algal bloom satisfied itself.Key words ：Lake Taihu ；algal bloom ；sediment ；nitrogen ；phosphorus ；internal loading蓝藻水华已经成为我国湖泊主要的环境灾害之一［1］.特别是2007年5月太湖贡湖水源地发生了因蓝藻水华堆积腐烂所致的“饮用水危机”事件之后，人们对蓝藻水华问题的关注由发生机制研究转向致灾机制研究及灾害的预警和评估［2］，其中沉积物的内源释放是大型浅水湖泊蓝藻水华发生和成灾机制中比较突出的特点之一［3］，蓝藻水华大量堆积对沉积物中污染物释放过程的影响成为当前研究的热点.蓝藻水华持续发生需要大量的营养盐补充，沉积物作为湖泊重要的蓄积库，在浅水湖泊中积极参与水体营养盐的分布和循环过程，造成的内源释放是水体营养盐的重要来源之一，在切断外源的情况下仍然可以维持藻类生长［4 7］.研究表明，影响沉积物营养盐释放的因素有温度、溶解氧、pH 、风浪扰动等非生物因素，以及水生生物、底栖生物、微生物的种类活性等生物因素［8 11］.浅水湖泊中蓝藻水华的大量堆积对这些因素可能产生明显的影响［12］，这势必会强烈影响沉积物营养盐的内源释放过程.环境科学32卷为了解蓝藻水华大量堆积衰亡对太湖沉积物营养盐释放过程的影响，本实验采用室内模拟的方法，从太湖中采集泥柱进行加藻培养，研究蓝藻水华堆积衰亡对不同湖区沉积物氮、磷释放的影响，从而了解蓝藻水华的反复暴发机制，以及蓝藻水华发生在不同区域所产生环境效应.1材料与方法1.1样点布设与样品采集2009年8月，在太湖草型区（A ）、藻型区（B ）、河口区（C ）3个采样点（图1）各采集11根泥柱（内径8.4cm ，高50cm ），尽量保持每根泥柱中沉积物高度均为30cm 左右，上覆水20cm 左右.同时在每个采样点采集沉积物-水界面附近水样20L 带回，作为实验中补充用水.图1太湖采样点分布Fig.1Distribution of sampling sites in Lake Taihu1.2样品处理与培养方法泥柱运回实验室后，立即以虹吸法小心抽出上覆水，经200目滤网反复过滤后，再以虹吸法缓慢加入相应泥柱中，尽量保持水柱高度一致，在管外标记液面高度.所有操作尽量不扰动界面.对泥柱各项操作顺序统一，保持抽出与加入上覆水的时间间隔一致.各采样点留取1根泥柱用于测定表层沉积物的背景值.每采样点取5根泥柱作为对照组，5根泥柱各加入50mL 藻浆（用滤网取自太湖）作为加藻组.以2007年太湖蓝藻水华暴发时期叶绿素a （chl-a ）的浓度介于78.5 978.3μg /L ［2］为依据，加藻组处理的上覆水加入50mL 藻浆后，相当于水柱中chl-a 浓度为430 540μg /L ，与太湖水华堆积的实际情况具有可比性.为保持各处理组温度的一致性，30根泥柱均放入同一个水浴桶中，水浴桶以铝箔包裹后再盖以黑布，蔽光培养，培养过程中水浴温度保持在29ħʃ1ħ，连续培养10d.实验过程监测：每日19：00用针筒抽取沉积物-水界面上1cm 处上覆水20mL ，测定氨氮（NH +4-N ）、硝态氮（NO －3-N ）、亚硝态氮（NO －2-N ）及磷酸根（PO 3－4-P ）浓度，取完水样后沿管壁缓慢补充上覆水至标记线.同时用YSI 6600V2水质探头测定上覆水温度、溶解氧（DO ）、pH 等水质参数.第0d （初始值）和第10d 测上覆水总氮（TN ）、总磷（TP ）、溶解性总氮（DTN ）、溶解性总磷（DTP ）以及chl-a 浓度.培养结束后测定表层沉积物TN 和TP 含量.1.3测定方法溶解性营养盐NH +4-N 、NO －3-N 、NO －2-N 、PO 3－4-P 的浓度用Skalar 流动分析仪（荷兰）测定；水体TN 和TP 浓度分别以碱性过硫酸钾消解后紫外分光光度法和钼锑抗显色测定，DTN 和DTP 则在原水样过0.45μm 的Whatman GF /C 膜后，分别用TN 和TP 的方法测定；沉积物中TN 和TP 含量在精确称取15 30mg 泥样磨碎至通过150目筛孔后以去离子水定溶至25mL ，再用水体TN 和TP 的方法测定［13］；chl-a 用热乙醇法测定［14］.2结果与分析2.1沉积物氮、磷的变化培养后沉积物中TN 、TP 的浓度变化如表1所示.3个对照组中草型区沉积物TN 、TP 释放量最大，藻型区和河口区较小.草型区加藻组沉积物TN 释放量与对照组并无显著差异，TP 释放量则低于对照组；藻型区加藻组沉积物TN 、TP 释放量较对照组分别增长39%、17%；河口区则更为明显，加藻组TN 、TP 释放量较对照组分别增长80%、30%.2.2上覆水chl-a 的变化各采样点上覆水chl-a 本底值及加藻组培养前后chl-a 变化如表2所示.河口区chl-a 本底值较高，草藻型湖区较低.培养后各组chl-a 浓度均有大幅度降低，平均下降约90%，说明藻类大量死亡.2.3上覆水DO 的变化培养过程中上覆水DO 浓度的变化趋势如图2所示.培养开始时，同一采样点的对照组与加藻组之间DO 初始值比较接近.培养结束后，3个对照组的0142期朱梦圆等：太湖蓝藻水华衰亡对沉积物氮、磷释放的影响DO 浓度无大变化，相互之间差异不大；而3个加藻组的DO 浓度下降幅度较大，相互之间差异很小，但与相应对照组有明显的差异.培养开始时（1 5d ）变化并不明显，下降量不到1mg /L ，中后期（6 8d ）迅速下降，从5mg /L 降至1mg /L 左右，到最后2d （9 10d ）已趋于平稳，值接近0.表1培养后沉积物TN 、TP 含量变化Table 1Variations of contents of TN and TP in sediments after cultivation采样点组别TN /mg ·g －1TP /mg ·kg －1培养前培养后减小值培养前培养后减小值草型区对照组 3.26 2.45ʃ0.200.81413259ʃ24154加藻组 2.46ʃ0.090.80273ʃ9140藻型区对照组 2.34 1.93ʃ0.130.41328305ʃ2423加藻组 1.77ʃ0.090.57301ʃ2127河口区对照组 2.382.33ʃ0.440.05506466ʃ6440加藻组 2.29ʃ0.310.09454ʃ5552表2培养后上覆水chl-a 浓度变化Table 2Variations of concentrations of chl-a in overlying waterafter cultivation采样点本底值/μg ·g －1加藻后培养前/μg ·g －1培养后/μg ·g－1培养前后差值/μg ·g －1下降率/%草型区 4.8543235.4ʃ7.839792藻型区 3.0746555.9ʃ19.640988河口区78.4553753.7ʃ19.548390A 、B 、C 分别表示草型区、藻型区、河口区，0、1分别表示对照组、加藻组，下同图2培养过程中上覆水DO 变化趋势Fig.2Trend of DO in overlaying water during cultivation2.4上覆水pH 的变化本实验培养条件未对上覆水pH 产生较大影响，基本维持在中性偏弱碱性状态，培养过程中有略微波动，变化不大.2.5上覆水氮的变化培养过程中NH +4-N 的变化趋势如图3所示.3个对照组变化情况很接近，NH +4-N 浓度基本无变化；3个加藻组与之有明显差异，NH +4-N 浓度大幅上升.与DO 变化速度相对应，1 5d 变化不明显，浓度基本在1mg /L 左右，5d 以后上升速度逐渐加快，且3个采样点之间的变化表现出了差异，河口区C的NH +4-N 增幅最大，最后浓度超过了7mg /L ，藻型区B 的增幅较小，约增至5mg /L ，草型区A 的最后浓度最低，不到4mg /L.图3培养过程中上覆水NH +4-N 含量变化趋势Fig.3Trend of the concentrations of NH +4-N in overlayingwater during cultivation培养过程中NO －3-N 的变化趋势如图4所示.与NH +4-N 浓度的变化趋势相反，各组NO －3-N 浓度都降低了，最后几乎都降至0点.培养过程中NO －2-N 的变化趋势如图5所示，河口区对照组与加藻组起始浓度稍高，其他各组NO －2-N 浓度始终很低，变化幅度也不大.和NO －3-N 一114环境科学32卷图4培养过程中上覆水NO －3-N 浓度变化趋势Fig.4Trends of the concentrations of NO －3-N in overlayingwater duringcultivation图5培养过程中上覆水NO －2-N 浓度变化趋势Fig.5Trends of the concentrations ofNO －2-N in overlayingwater during cultivation样，最终几乎都降至0点.2.6上覆水磷的变化培养过程中PO3－4-P 的变化趋势如图6所示，与NH +4-N 类似，3个对照组基本无变化，3个加藻组变化较明显，特别是河口区C 的加藻组，增加幅度非常大，第9d 的达到峰值733μg /L.1 5d 各组PO 3－4-P 浓度都没有较大变化，6 9d 加藻组PO 3－4-P 浓度迅速增加，最后1d 草型区A 和河口区C 反有下降.不同采样点之间同样表现出了对蔽光培养的图6培养过程中上覆水PO 3－4-P 浓度变化趋势Fig.6Trend of the concentrations of PO 3－4-P in overlaying water during cultivation不同响应，仍然是河口区PO 3－4-P 浓度增量最大.3讨论3.1水华堆积衰亡引起的沉积物氮、磷释放效应蓝藻水华堆积衰亡使沉积物氮、磷释放量改变：草型区释放量减少，藻型区和河口区增大（表1）.王晓蓉等［9］在富营养化较严重的五里湖采样进行的模拟实验中发现，藻类存在增加沉积物中磷的释放，本实验相关结果与之相符.水华衰亡使上覆水DO 浓度显著降低（图2），氮、磷浓度明显增加，尤其是可溶性营养盐NH +4-N 、PO 3－4-P （图3、图6）.培养期间各加藻组上覆水DO 、NH +4-N 、PO 3－4-P 浓度的改变与对照组成对样本t 检验（Paired-Sample t Test ）的P t 值如表3所示.3组DO 检验的P t 值都接近0，表现出了显著差异.上覆水浮游生物的活性会引起水体DO 的改变［12，15］，加藻组DO 浓度明显下降应是蔽光培养导致的藻类死亡引起的.加藻培养后表3加藻组上覆水中DO 、NH +4-N 、PO 3－4-P 浓度的改变与对照组的显著性分析Table 3Differences between changes of DO ，NH +4-N ，PO 3－4-P in overlying water in algae-added groups with controlled groups 采样点DO NH +4-N PO 3－4-P 草型区改变量/mg ·L －1－4.49 3.620.053P t 值0.0000.0700.061藻型区改变量/mg·L －1－5.45 5.100.220P t 值0.0010.0090.064河口区改变量/mg·L －1－4.41 6.570.418P t 值0.0020.0220.0612142期朱梦圆等：太湖蓝藻水华衰亡对沉积物氮、磷释放的影响NH +4-N 和PO 3－4-P 的浓度变化很大，尤其是河口区，分别达到了6.57mg /L 和0.418mg /L ，与对照组的t 检验也表现出了差异性.沉积物营养盐释放量的增加在一定程度上造成了上覆水营养盐浓度的增加.上覆水NH +4-N 浓度升高，可能有以下4个来源（图7）.①沉积物释放：图7标出沉积物TN 释放增量，即加藻组与对照组沉积物TN 释放量之差（根据沉积物容重［16］将单位换算为mg /L ，本实验中草型区A 、藻型区B 、河口区C 表层沉积物容重分别为0.63、0.52、0.58g /cm 3），沉积物氮释放形态以NH +4-N 为主［17］；②藻类分解：藻死亡后残体堆积分解，本身含氮量造成了水体氮浓度的增加，图7标出培养前加入藻浆的TN 值，其中有一部分转化为水体NH +4-N ；③硝氮减少：如DO 浓度下降使硝化作用减弱，NH +4-N 的消耗减少，且反硝化作用增强，NO －3-N 、NO －2-N 转化为NH +4-N 或N［17 19］2，图7标出NO －3-N 、NO －2-N 浓度减少量；④对照增加：受水体中其他生物影响，对照组中NH +4-N浓度也有少量增加，图7标出对照组增加的量.由图7所示，藻型区上覆水NH +4-N 增量中有相当一部分可能来自沉积物的释放，河口区也有一小部分可能来自沉积物，而草型区沉积物则可能发生了营养盐的吸附.图7上覆水NH +4-N 增量的可能来源Fig.7Probable sources of increment of NH +4-N in overlying water上覆水PO 3－4-P 浓度的增加也可能有部分来自沉积物的释放.草型区、藻型区、河口区上覆水PO 3－4-P 浓度分别增加0.053、0.220、0.418mg /L ，沉积物TP 释放增量分别为－0.460、0.115、0.376mg /L ，加入藻浆TP 值为0.740mg /L.草型区沉积物应是对磷产生了吸附，藻型区、河口区沉积物则向上覆水释放了磷.沉积物营养盐的释放量增加应是由蓝藻水华衰亡通过改变上覆水DO 浓度间接促进的，并引起上覆水营养盐浓度大幅提升.DO 是影响沉积物氮磷释放的主要因子之一，它通过控制水体氧化还原电位、水生生物种类及其活性、有机物的矿化过程［20，21］等因素间接控制氮磷的吸附和释放.沉积物在氧化作用、厌氧微生物作用、有机质分解和矿化作用下可产生大量NH +4-N 进入孔隙水，再通过浓度梯度作用迁移至表面氧化层或上覆水［17，21］；沉积物在厌氧状况下容易发生Fe 3+→Fe 2+化学反应，P Fe 表面的Fe （OH ）3保护层转化为Fe （OH ）2，于是溶解释放PO 3－4-P ［21，22］.对各组泥柱中NH +4-N 、PO 3－4-P 浓度变化与DO 浓度变化进行线性回归分析得到的相关系数R 2以及P t 值如表4所示，很明显，3个对照组中营养盐的增量与DO 下降量的相关性相对较差，3个加藻组的相关性则较好，R 2较大，P t 值都小于1%.对照组中，DO 下降量很小，营养盐增量也很小，它们的改变可能由很多影响不大的复杂因素造成，且具有一定偶然性，故相关性较差；而加藻组中DO 下降量和营养盐增量都很明显，DO 浓度降低这一显著的水体环境变化成为导致营养盐增加的最主要原因，两者之间具有较大相关性.表4营养盐与DO 变化的相关系数Table 4Related coefficients between variations of nutrients and DO 处理组采样点NH +4-N 与DO PO 3－4-P 与DO R 2P t R 2P t 草型区0.6100.0220.2140.249对照组藻型区0.5940.0250.2650.192河口区0.5400.0380.3750.106草型区0.7860.0030.7480.006加藻组藻型区0.88500.7730.004河口区0.8790.0010.8590.0013.2不同湖区对水华堆积的响应不同湖区沉积物本身释放通量存在差异.从表1对照组释放量看，沉积物TN 释放量草型区>藻型区>河口区，TP 释放量则是草型区>河口区>藻型区.范成新等［23］以柱状原样模拟实验（未加藻）比较太湖不同湖区沉积物氮释放差异时，得出草藻型湖区的氮释放通量较外源污染严重水域大的结论，而张路等［24］则在太湖水土界面氮磷交换通量的研究中得出草型湖区比藻型湖区氮磷交换通量大的结论，本实验结果与之相符.草型区（东太湖）释放量较大的原因可能是存在较大的生314环境科学32卷物扰动作用［24］，以及其表层沉积物有机质含量最高［23］.本实验中测得草型区、藻型区、河口区3个采样点沉积物的背景有机碳值分别为1.69%、0.66%、0.81%.不同湖区的沉积物，在相同的蓝藻水华堆积强度情况下引起的营养盐释放增量也存在差异.加藻培养引起的上覆水NH+4-N、PO3－4-P增量以及沉积物TN、TP释放改变量如表5所示.草型区TN释放并未因加藻有显著改变，TP释放则反而相比对照组减少了，且上覆水中氮营养盐的增加也最小，可见藻华堆积对东太湖草型区沉积物的负面影响不大，这可能是由于草型区的大型水生生物对营养盐有较好的吸附作用，对水土界面的理化环境改变也有一定的缓冲作用.另外也有可能由于夏天草型区自身氮、磷释放量较大，加藻培养引起的改变量相对而言较小，所占释放总量的比例太小，因而在统计上不能体现差异，标准差较大.藻型区和河口区均对加藻有较为明显的响应.藻型区可能由于本身藻含量较高，藻体衰亡使水相有机质含量较高，促进了沉积物氮磷的释放.河口区则可能由于本身污染最为严重，且具有流水动力作用强烈、物质交换频繁、生物种类丰富等特点，对环境改变敏感［25］，因此在DO强烈下降时表现出了较大的沉积物释放增量，以及最大的上覆水营养盐增量.表5加藻培养引起的上覆水NH+4-N、PO3－4-P增量以及沉积物TN和TP释放改变量Table5Variations of NH+4-N，PO3－4-P in overlying water and release of TN and TP from sediments by adding algae采样点上覆水NH+4-N增量/mg·L－1沉积物TN释放增量/mg·（m2·d）－1上覆水PO3－4-P增量/mg·L－1沉积物TP释放增量/mg·（m2·d）－1草型区 3.62ʃ0.53－0.2ʃ28.60.053ʃ0.041－4.78ʃ4.92藻型区 5.10ʃ0.6240.7ʃ10.10.219ʃ0.0250.98ʃ0.64河口区 6.57ʃ0.5913.9ʃ39.00.418ʃ0.044 3.60ʃ2.624结论（1）大量的蓝藻水华堆积衰亡大幅降低了上覆水DO浓度，形成极度缺氧的环境，使部分湖区沉积物营养盐的释放量增加，上覆水中NH+4-N、PO3－4-P浓度大幅上升.上覆水营养盐的增量与缺氧程度及蓝藻水华堆积的持续时间明显相关.（2）同样的蓝藻水华堆积程度在不同湖区造成了不同的沉积物释放效应，草型区营养盐释放量与没有藻华堆积时相比反而减小，河口区和藻型区的释放量都有增加，藻型区TN释放量增加较多，河口区TP释放量增加较多.大型浅水湖泊中蓝藻水华堆积衰亡引发的沉积物营养盐释放可能是蓝藻水华状态自维持机制之一.致谢：本实验采样过程中得到中国科学院南京地理与湖泊研究所谢纯刚及戴江玉的帮助，分析过程中得到南京地理与湖泊研究所的张成英以及太湖湖泊生态系统研究站薛静琛的室内实验协助，在此表示诚挚感谢.参考文献：［1］吴庆龙，谢平，杨柳燕，等.湖泊蓝藻水华生态灾害形成机理及防治的基础研究［J］.地球科学进展，2008，23（11）：1115-1123.［2］Qin B Q，Zhu G W，Gao G，et al.A drinking water crisis in Lake Taihu，China：Linkage to climatic variability and lakemanagement［J］.Environmental Management，2010，45：105-112.［3］刘国峰，钟继承，何俊，等.太湖竺山湾藻华黑水团区沉积物中Fe、S、P的含量及其形态变化［J］.环境科学，2009，30（9）：2520-2526.［4］范成新，王春霞.长江中下游湖泊环境地球化学与富营养化［M］.北京：科学出版社，2007.13-14.［5］刘凌，崔广柏，王建中.太湖底泥氮污染分布规律及生态风险［J］.水利学报，2005，36（8）：1-7.［6］S ndergaard M，Jensen J P，Jeppesen E.Internal phosphorus loading in shallow Danish lakes［J］.Hydrobiologia，1999，408/409：145-152.［7］范成新，秦伯强，孙越.梅梁湖和五里湖水-沉积物界面物质交换［J］.湖泊科学，1998，10（1）：53-58.［8］Zhu G W，Qin B Q，Gao G.Direct evidence of phosphorus outbreak release from sediment to overlying water in a largeshallow lake caused by strong wind wave disturbance［J］.Chinese Science Bulletin，2005，50（6）：577-582.［9］王晓蓉，华兆哲，徐菱，等.环境条件变化对太湖沉积物磷释放的影响［J］.环境化学，1996，15（1）：15-19.［10］尹大强，覃秋荣，阎航.环境因子对五里湖沉积物磷释放的影响［J］.湖泊科学，1994，6（3）：240-244.［11］Qin B Q，Zhu G W，Zhang L，et al.Estimation of internal nutrient release in large shallow Lake Taihu，China［J］.Sciencein China：Series D Earth Sciences，2006，49：38-50.［12］Zhu G W，Wang F，Zhang Y L，et al.Hypoxia and its environmental influences in large，shallow，and eutrophic LakeTaihu，China［J］.International Association of Theoretical andApplied Limnology-Proceedings，2008，30（3）：361-365.4142期朱梦圆等：太湖蓝藻水华衰亡对沉积物氮、磷释放的影响［13］国家环境保护总局.水和废水监测分析方法［M］.（第四版）.北京：中国环境科学出版社，2002.246-248.［14］Papista E，Acs E，Boeddi B.Chlorophyll-a determination with ethanol-a critical test［J］.Hydrobiologia，2002，485：191-198.［15］王永平，王小冬，秦伯强，等.苦草光合作用日变化对水质的影响［J］.环境科学研究，2009，22（10）：1141-1144.［16］朱广伟.水动力作用与浅水湖泊磷的内源负荷研究［D］.南京：中国科学院南京地理与湖泊研究所，2003.［17］孙英，何江，吕昌伟，等.岱海表层沉积物中影响氨氮释放的模拟研究［J］.农业环境科学学报，2009，28（7）：1464-1468.［18］钟继承，刘国锋，范成新，等.湖泊底泥疏浚环境效应：III.对沉积物反硝化作用的影响［J］.湖泊科学，2009，21（4）：465-473.［19］李佳霖，白洁，高会旺，等.长江口海域夏季沉积物反硝化细菌数量及反硝化作用［J］.中国环境科学，2009，29（7）：756-761.［20］黎颖治，夏北成.影响湖泊沉积物-水界面磷交换的重要环境因子分析［J］.土壤通报，2007，38（1）：162-166.［21］范成新，相崎守弘.好氧和厌氧条件对霞浦湖沉积物-水界面氮磷交换的影响［J］.湖泊科学，1997，9（4）：337-342.［22］韩沙沙，温琰茂.富营养化水体沉积物中磷的释放及其影响因素［J］.生态学杂志，2004，23（2）：98-101.［23］范成新，张路，秦伯强，等.太湖沉积物-水界面生源要素迁移机制及定量化———1.铵态氮释放速率的空间差异及源-汇通量［J］.湖泊科学，2004，16（1）：10-20.［24］张路，范成新，王建军，等.太湖水土界面氮磷交换通量的时空差异［J］.环境科学，2006，27（8）：1537-1543.［25］吕莹.珠江口内沉积物-水界面营养盐的累积和迁移研究［D］.广州：中国科学院广州地球化学研究所，2006.514。